Как да изчислим топлинното натоварване
Написано от Мария Сесилия Ернандес на 24 октомври 2011 г.
от Камило Ботеро*
Когато инженерът ще проектира климатична и вентилационна система, например в регион с тропически климат, той трябва да установи какво ще бъде топлинното натоварване, т.е. количеството енергия под формата на топлина, което трябва да се отстрани.
Първоначално специалистът определя психрометричната ситуация за конкретния случай и се изправя пред задача, която днес изглежда проста поради помощта и компютърния напредък, но в действителност е много сложна.
Например, въпреки развитието на технологиите, изобщо не е лесно да се изчислят стойностите за различните чувствителни топлини (енергия, която се предава чрез температурни разлики), които участват в тази обща енергия, която трябва да бъде отстранена от околната среда, за постигане на условия на човешки комфорт или за определен индустриален процес.
Как да изчислим топлинното натоварване е предметът, който ни заема днес. Това е техническа и обширна информация, поради което тя ще бъде допълнена в следващите издания на ACR LATINOAMÉRICA.
За да се съгласим с терминологията, която ще използваме оттук насетне, е необходимо да дефинираме някои понятия, които ще бъдат споменати в тази и следващите вноски.
- Термодинамика и пренос на топлина: разликата между тези две понятия е, че първата фундаментално се занимава със състояния в равновесие, а втората представлява ситуация на дисбаланс, тъй като е следствие от разликата в температурата.
- Топлина: това е енергията, която се предава поради температурната разлика. Всички процеси на топлинния поток следват първия и втория закон на термодинамиката.
Форми на топлинен поток
Топлинният поток, който се генерира от температурна разлика, може да бъде представен в три основни форми, въпреки че в приложенията за изчисляване на термично натоварване за климатизация те обикновено не се наблюдават изолирано; това са:
Проводимост: този топлинен поток се осъществява между две тела или между две части на едно и също тяло, като продукт на молекулярно взаимодействие, между тези с по-висока енергия (по-висока температура) и тези с по-ниска енергия (по-ниска температура), тъй като кинетичната енергия на молекулите е пропорционална на тяхната температура.
Радиация: това явление се осъществява под формата на електромагнитни вълни и не се нуждае от физическа среда за транспортиране на енергия. Когато температурите са високи, това е от голямо значение, защото е пропорционално на четвъртата степен на температурата.
Конвекция: това е комбиниран процес на пренос на енергия, съхранение на енергия и пренос на материя. Провежда се между твърди вещества и течности.
При решаването на проблеми с преноса на топлина е необходимо не само да се знае видът на топлинния поток, но и дали процесът е:
Да отидем на цифрите
В дългогодишния ми опит има много хора, които идват при мен, за да се консултират с технически подробности, изчисления, формули и уравнения, които трябва да бъдат приложени, в конкретния случай за установяване на топлопреминаване. Следователно по-долу ще опиша подробно уравненията, които трябва да се използват в тази тема.
Проводимост: уравнението, което управлява проводимостта, се нарича уравнение на Фурие и има следния израз за най-простия случай, който е стационарен, едномерен случай на плоска плоча.